Полная версия

Главная arrow География arrow Геохимические дистанционные поиски месторождений

  • Увеличить шрифт
  • Уменьшить шрифт


<<   СОДЕРЖАНИЕ   >>

ПОКАЗАТЕЛИ ЛЮМИНЕСЦЕНТНОГО АНАЛИЗА

Основными показателями люминесцентного анализа являются: яркость (интенсивность) люминесценции (количественный показатель); спектр люминесценции (качественный показатель) (рис. 7.3). Размер и интенсивность люминесценции битуминозных веществ зависят от индивидуальных свойств изучаемых веществ и интенсивности возбуждающего света. Учитывая последнее, по всему исследуемому разрезу нужно применять однотипную аппаратуру со стандартными источниками ультрафиолетовых лучей (А, = 366 нм) и светофильтрами (УФС-3, УФС-6). Химически различные вещества имеют различные спектры люминесценции, которые представляют собой не отдельные линии, а более или менее широкие полосы, иногда с несколькими максимумами в области разных длин волн.

ВИДЫ ЛЮМИНЕСЦЕНТНЫХ АНАЛИЗОВ

Люминесцентный (люминесцентно-битуминологический) анализ (ЛБА) основан на существующей зависимости между количественным содержанием и качественным составом битумного вещества (БВ), с одной стороны, и комплексом их люминесцентных свойств, с другой. Он проводится по всему исследуемому разрезу через 3—5 м, в перспективных участках — через каждый метр проходки станцией ГТИ.

Целями люминесцентного анализа являются: визуальное обнаружение и определение общего содержания и характера распределения битумов в породах, шламе, почвах, водах, глинистом растворе; определение общего характера битумов, обнаруживаемых в породах и почвах, ориентировочное определение их фракционного состава; определение количественного и фракционного состава нефтей и битумов. К комплексу люминесцентных свойств БВ относятся: цвет люминесценции; интенсивность люминесценции; наличие фосфоресценции, ее продолжительность и яркость. Б.Л. Левшин различает два вида люминесцентного анализа:

  • 1) первичный анализ обнаружения — обнаружение и исследование характера распределения битуминозных веществ (визуальный осмотр породы или шлама) различных объектов; состав люмино-гена известен, требуется определить его наличие или количество;
  • 2) химический люминесцентный анализ для определения качественного и количественного состава неизвестного вещества по его люминесценции.

Для визуального осмотра из пробы шлама отбирают сухие частицы горной породы, не загрязненные буровым раствором, и просматривают под люминоскопом. Присутствие битумоидов обнаруживается по свечению углеводородов, находящихся в порах и трещинах горной породы, вызванному облучением ультрафиолетовыми лучами. При добавке в буровой раствор нефти или других люминесцирующих веществ частицы шлама или кусочки керна разламывают и просматривают в свежем изломе под люминоскопом при 7—10-кратном увеличении, определяют цвет, размер и интенсивность люминесценции веществ, взаимное расположение битуминозных компонентов между собой. После визуального осмотра проводят люминесцентный анализ (любой из видов).

Люминесцентный анализ получил очень широкое распространение в различных отраслях науки и техники и имеет много специализированных разновидностей. Помимо битуминологиии нефтепереработки люминесцентный анализ используют в углепетро-графии, минералогии, поиске урана и вольфрама, палеонтологии, гидрогеологии (определение направления подземного потока при помощи люминесцирующих веществ), отраслях биологии, медицины, химической и пищевой промышленности, в дефектоскопии, судебной химии, археологии и т.д.

По способу проведения различают следующие виды анализа: капельно-люминесцентный, пробирочный, капиллярный, хроматографический (адсорбционный), количественный фракционный, экстракционно-люминесцентный. Общим для всех анализов является применение ультрафиолетовых лучей для возбуждения люминесценции, общая аппаратура для их получения. Приборы люминесцентного анализа состоят из источников возбуждения и светофильтров. Источники ультрафиолетовой радиации могут быть естественные (солнце) и искусственные (кварцево-ртутные горелки, искровые разрядники и др.). Для отделения ультрафиолетовых лучей от других частей спектра применяются светофильтры из никелевого стекла (стекла Вуда), реже кварцевые монохроматоры. Существуют полевые (портативные) и стационарные приборы. К первым относятся солнечные люминоскопы, ламповые люминоскопы и др. Складной солнечный люминоскоп Мелкова и Флоровской отличается максимальной портативностью, состоит из светонепроницаемой матерчатой камеры, снабженной светофильтром Вуда и имеющей отверстие для наблюдения. Прибор может применяться в любых условиях при наличии солнечной погоды, но в настоящее время практически не применяется.

В качестве полевых приборов применяют переносной люминоскоп Г. Григорьева, позволяющий проводить наблюдения без затемнения, но нуждающийся в питании электроэнергией. Источником ультрафиолетовых лучей в нем служит кварцево-ртутная горелка. Из стационарных приборов использовалась аналитическая лампа (аппарат флуоресцентного анализа), состоящая из светонепроницаемой камеры, кварцево-ртутной горелки и светофильтров Вуда. Работа с лампой проводится в затемненном помещении. Этот прибор можно заменить обыкновенной медицинской ультрафиолетовой лампой. В стационарных условиях используется прибор ГОИ, в котором источником ультрафиолетовых лучей служит искровой разрядник, вместо светофильтра употребляется кварцевый монохроматор. Этот прибор сложный, но позволяет выделять длинные и короткие ультрафиолетовые лучи, что способствует более детальной характеристике люминесценции вещества.

В станциях ГТИ, передвижных и стационарных лабораториях применяют современные люминоскопы ЛЮМ-1, флуориметры для измерения интенсивности люминесценции, люминесцентные установки ЛУ-1М (рис. 7.4) с цифровой фотокамерой и выносным люминесцентным осветителем для определения количественной и качественной характеристики битумоидов и органического вещества в образцах горных пород (шлам, керн) методом люминесцентного анализа с фотосъемкой изображений, исследование полноразмерного керна в УФ-свете с помощью выносного люминесцентного осветителя. Принцип работы приборов основан на свойстве веществ люминесцировать под действием ультрафиолетового излучения.

Капельно-люминесцентный анализ, разработанный В.Н. Фло-ровской, основан на приблизительной зависимости между содержанием битума в породе и формой люминесцирующего пятна, возникающего при нанесении капли растворителя на поверхность породы, и дает ориентировочную оценку качественного и количественного состава битумоидов.

Общий вид люминесцентной установки ЛУ-1М

Рис. 7.4. Общий вид люминесцентной установки ЛУ-1М1

Обнаружение битумных аномалий на сингенетичном фоне проводится по наличию таких показателей, как: относительно высокая битуминозность О В пород, обогащенность О В водородом и водородсодержащими соединениями, преобладание в компонентном составе битумов масляной фракции или структур аналогичных фракциям нефти. Для анализа отбирают 5—7 г сухих частиц породы (кусочков шлама), измельчают их в ступке, просеивают через сито с размерами отверстий 0,25 мм.

Навеска в виде конуса помещается на предварительно обработанный хлороформом лист фильтровальной бумаги. На вершину конуса наносят 15—20 капель хлороформа, который, вымывая из породы битумоиды, образует на поверхности бумаги пятно диаметром 1—3 см. После испарения растворителя (8—10 мин) порошок с бумаги удаляется и в ультрафиолетовых лучах оценивается интенсивность свечения пятна и цвет люминесценции (табл. 7.2).

и ЛЬ: http://xn-80ajgo5b.xn — plai/newpage 15.htm.

При равномерном распределении битума в породе (обычно в карбонатных породах) капля помещается на выровненную поверхность образца, при неравномерном — на поверхность порошка породы. По цвету пятна, по В.Н. Флоровской, можно различить: легкий битум, маслянистый битум, битум среднего состава, смолисто-ас-фальтеновый битум [66].

Кроме типа битумоида по капиллярным вытяжкам определяется наличие углеродистых веществ по появлению на фильтровальной бумаге черных нелюминесцирующих крупинок, серы — по появлению темных нелюминесцирующих полосок (при дневном свете наблюдаются желтоватые блестки), твердых парафинов — по наличию воскообразного налета. По цвету люминесцирующего пятна можно давать ориентировочную оценку характера битума (фракционного состава).

С уменьшением содержания битума в породе форма пятна меняется: ровное пятно — неровное пятно — кольцо — точки — отсутствие люминесценции. Для количественной оценки содержания битумоидов в исследуемой пробе в полевых условиях используется пятибалльная система. К отрицательным факторам, влияющим на снижение информативности люминесцентно-битуминологиче-ского анализа, относятся добавки в буровой раствор нефти и бурение с применением известково-битумных растворов (ИБР). При добавках в буровой раствор нефти необходимо провести ее люминесцентный анализ. Классификация битумоидов по люминесцентной характеристике капиллярных вытяжек была предложена В.Н. Флоровской [66] и представлена в табл. 7.2.

Таблица 7.2

Классификация битумоидов по люминесцентной характеристике капиллярных вытяжек (качественная характеристика)

Группа

Цвет люминесценции капиллярных вытяжек

Состав битумоида

Тип битумоида

I

Беловато-голубые тона разной интенсивности и тусклые

Углеводородные флюиды, не содержащие смол и асфальтенов

Легкий биту-моид (Л Б)

II

Белый, голубоватожелтый, беловатожелтый

Нефть и битумоиды с низким содержанием смол, с незначительным содержанием

или отсутствием асфальтенов

Маслянистый биту-моид (МБ)

Группа

Цвет люминесценции капиллярных вытяжек

Состав битумоида

Тип битумоида

III

Желтый, от оранжевожелтого до светло-коричневого

Нефти и битумоиды с содержанием масел более 60%, асфальтенов 1-2%

Маслянисто

смолистый

битумоид

(МСБ)

IV

Оранжево-коричневый, светло-коричневый, коричневый

Битумоид и нефти с повышенным содержанием асфальтенов (3-20%)

Смолистый

битумоид

(СБ)

V

Темно-коричневый, зеленовато-коричневый, красно-коричневый, черно-коричневый, черный

Битумоид с содержанием асфальтенов более 20%

Смолисто-ас-

фальтеновый

битумоид

(САБ)

Сущность анализа. Чистой стеклянной палочкой капля нефти наносится на фильтровальную бумагу (удобнее круглый фильтр). После просыхания капли фильтровальная бумага просматривается в ультрафиолетовых лучах люминескопа. При осмотре отмечаются цвет люминесценции, наличие в центре темной зоны, цвет или характер окантовки пятна. В зависимости от соотношения в нефти смолисто-асфальтеновых компонентов и легких фракций изменяется цвет люминесценции пятна: тяжелые нефти с большим содержанием смолисто-асфальтеновых компонентов темно-коричневого, коричневого, оранжево-коричневого цвета; легкие малосмолистые нефти — беловато-голубоватого цвета. Результаты люминесцентного анализа проб шлама и нефти сравнивают между собой.

Люминесцентно-битуминологические исследования включают подсчет количественного содержания, изучение качественного состава битумоидов и особенностей их распределения в породе (табл. 7.3). Количественное содержания БВ определяют методом сравнения с жидкостными и капиллярными эталонными коллекциями битумоидов. Процентное содержание битумоида в исследуемом образце определяют по формуле

^-*•100%, (7.1)

с/

где а — содержание битумоида в подобранном эталоне, г/см3; Ь — количество хлороформа, см3; с1 — навеска горной породы, г.

Таблица 7.3

Количественная оценка (характеристика) содержания битумоидов

Форма люминесцирующего участка

Характеристика участка

Балл

о

Ровное пятно

5

I

О

Неровное пятно, толстое кольцо

4

(

О

Тонкое КОЛЬЦО

3

/ ” V /

1 1

/

X. _ ^

Тонкое («рваное») кольцо

2

4

Точки

1

Если цвета люминесценции пятен капиллярной вытяжки и нефти на фильтровальной бумаге идентичны, необходимо привлечь информацию других методов анализа исследуемого образца (газовый анализ, пористость и др.) для решения вопроса о причинах наличия в пробе битумоидов. При бурении с применением ИБР и промывке шлама дизтопливом ЛБА проводится только на образцах керна в вытяжном шкафу.

Примеры выделения нефтенасыщенного коллектора в карбонатных отложениях нижнего карбона и характер распределения битумов по разрезу скважины Астраханского свода по данным ЛБА приведены в табл. 7.4. Данные об интенсивности, цвете и типе би-тумоида капельно-люминесцентного анализа заносятся в журнал оператора-геолога, на сводную диаграмму геолого-геохимических исследований (рис. 7.5, 7.6).

Выделение нефтенасыщенного коллектора по данным ЛБА (условные обозначения типов битумов см. в табл. 7.2)

Рис. 7.5. Выделение нефтенасыщенного коллектора по данным ЛБА (условные обозначения типов битумов см. в табл. 7.2)

Гл Рис. 7.6. Результаты ЛБА интервала разреза скважины

Астраханского ГКМ

С точки зрения поисков нефти наибольший интерес представляет легкий битум, так как именно для легких битумов наиболее вероятна нефтяная природа. Однако отсутствие специальных исследований веществ, выделяемых под названием «легкий битум» по люминесценции, не позволяет пока делать определенных заключений на основании их наличия (тем более что «легкие битумы» были обнаружены и там, где не может быть и речи о нефтеносности.

Результаты анализа керна по данным ЛБА

№ скважины

Ин

тервал

отбора

Литология

Цвет

люмине

сценции

Тип

биту-

моида

Балл

2-А

  • 3850,0-
  • 3857,7

Известняк черный мелкокристаллический, органогенно-обломочный, интенсивно-битуминозный. Твердые битумы пропитывают всю породу, обволакивают органогенные остатки,

создавая пятнистую структуру. По трещинам и кавернам — отложения перекристаллизо-ванных битумов, пиробитумов

Беловато

желтый

МБ

2-3

Эталоны (эталонная шкала) приготовляются из нефти или рассеянного битума с содержанием битума от 10' до 104% (что соответствует 15 эталонам из нефти, приготовленной последовательными разбавлениями вдвое).

Пробирочный люминесцентный анализ заключается: а) в экстракции битумов из пород, почв, глинистых растворов в пробирках на холоде хлороформом; б) в определении содержания битума путем сравнения яркости люминесценции экстрактов с особыми эталонами. Анализ производится при точных соотношениях навески измельченной породы и объема растворителя.

В общем случае нужно иметь несколько эталонных шкал из разных веществ. Определение яркости люминесценции производится либо визуально, либо фотометрически. Ф.М. Эфендиев предлагает проводить колориметрирование методом разбавления в колориметре Дюбоска [30, 66]. Чувствительность методики достигает 10“5% битума в породе, т.е. является вполне достаточной.

Осложнения вызываются: а) различиями цвета люминесценции образца и эталона; б) явлением концентрационного тушения (при концентрации более 0,1 %). Для устранения осложнений необходимо: а) подбирать подходящие по окраске эталоны; б) в редких случаях разбавлять исследуемые экстракты, необходимо применять чистый растворитель, так как при загрязнении он сам может люминесциро-вать. Пробирочный анализ вполне применим в полевых условиях.

Капиллярный (люминесцентно-капиллярный) анализ позволяет в первом приближении определить фракционный состав битума. Сущность его заключается в следующем: в предварительно полученный экстракт, помещенный в стандартный стаканчик, опускают полоску нелюминесцирующей фильтровальной бумаги, по капиллярам которой битум поднимается, разделяясь на фракции, причем более легкие поднимаются соответственно выше. После испарения растворителя, полученные капиллярные вытяжки просматриваются под ультрафиолетовыми лучами и определяют: а) ширину полос — зон соответствующих отдельным фракциям (различаемым по цвету люминесценции); б) общую высоту поднятия (рис. 7.7), данные сравниваются.

Рис. 7.7. Пример капиллярной вытяжки битума

По данным К.Ф. Родионовой определение фракционного состава битумов капиллярным методом не точно, особенно при относительно небольшом содержании «масляных» фракций, поскольку смолы могут перекрывать зону масел.

Адсорбционный {хроматографический) анализ природных битумов разработан А.Ф. Фиолетовой, П.Ф. Андреевым, С.П. Максимовым, Ф.М. Эфендиевым и др. Методика его заключается в пропускании экстракта через стеклянную трубку заполненную адсорбентом (порошком MgO, А1203, силикагелем и т.п.); при этом битум фракционируется и образует зоны, люминесценция и ширина которых определяются. Без выделения фракций люминесцентно-адсорбционный анализ применим в полевых условиях.

Количественный фракционный анализ заключается в разделении битума на фракции с последующим люминесцентным определением количества и характера фракций. Методика ускоренного разделения битумов на фракции в пробирках и последующего определения люминесценции в капиллярных вытяжках разработана В.Н. Флоров-ской [66] и Н.Д. Сахновской под названием «люминесцентно-компонентный анализ», сущность которого заключается в следующем. Хлороформенный экстракт (в пробирке) выпаривают; остаток обрабатывают петролейным эфиром, затем петролейно-эфирный экстракт отфильтровывают, количество оставшихся в осадке асфальтенов растворяют в хлороформе и определяют по люминесценции экстракта. Далее к петролейно-эфирному экстракту, содержащему масла и нейтральные смолы, прибавляют силикагель, взбалтывают, отфильтровывают и по люминесценции фильтрата сначала определяют количество масел и смол. Суммарное количество масел, смол, асфальтенов дает общее количество битума в породе. Количественный фракционный анализ достаточно точный, простой и применим в полевых условиях. Однако он ориентирован на нефтяные битумы, и для каждой фракции нужна своя коллекция эталонов. Для сингенетичных рассеянных битумов для разделения на фракции требуется применение хлороформа и спирто-бензола для извлечения наиболее кислых компонентов.

Экстракционно-люминесцентный анализ. Все рассмотренные виды люминесцентного анализа, кроме количественного фракционного, не позволяют судить о генетической природе битумов. Для различия нефтяных и ненефтяных битумов помимо люминесценции следует использовать их избирательную растворимость. На совместном определении растворимостии люминесценции основан экстракционно-люминесцентный анализ [66], сущность которого состоит в параллельной экстракции битумов различными растворителями и определении люминесценции каждого экстракта путем сравнения с соответствующими эталонами (в пробирках или капиллярных вытяжках). Причем для каждого растворителя приготовляется отдельная шкала эталонов, а результаты анализа представляют в виде графика. В качестве показателя различия нефтяных и ненефтяных битумов используют отношение:

Петролейно-эфирный экстракт (ПЭЭ) Спирто-бензольный экстракт (СБЭ)

Различия яркости люминесценции зависят от количества битума в экстракте, от характера битума. Для точной диагностики фракций битумов требуется сочетать экстракционно-люминесцентный анализ с количественным фракционным анализом.

В породах могут присутствовать как сингенетичные, так и эпи-генетичные битумы. Различие между сингенетичными (рис. 7.8) (кривые /, 2, 3) и эпигенетичными (кривые 4, 5, 6) битумоидами выражается в пониженных (у первых) показателях петролейно-эфирного и повышенных спиртобензольного экстракта; для эпиге-нетичных битумоидов характерна высокая растворимость в петро-лейном эфире и хлороформе.

Отличие по люминесцентно-битуминологическим показателям внутри единой группы сингенетичных битумоидов отражает неодинаковое соотношение в них нейтральных (извлекаемых хлороформом) и кислых (извлекаемых спиртобензолом) компонентов. Сингенетичные битумы — рассеянные в породе битумы, образовавшиеся одновременно с породами. Эпигенетичные битумы — вторичные рассеянные битумы, образовавшиеся в результате разрушения залежей, преобразования нефтей после образования пород.

Экстракционные характеристики битумов

Рис. 7.8. Экстракционные характеристики битумов:

1,2,3 — сингенетичные битумы; 4, 5,6 — эпигенетичные битумы

 
<<   СОДЕРЖАНИЕ   >>